指向深度學習的化學項目式學習

李惠云?武志剛

一、項目概要

1. 項目名稱：《指向深度學習的化學項目式學習---以高二“原電池”為例》

2. 項目簡介：

（1）時代背景：2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的“雙碳”目標下，開發安全可靠綠色環保的化學電池勢在必行。

（2）學生學習的知識背景：高一化學中，學生已經接觸過電化學知識，對原電池的工作原理有神秘感和探索欲望，同時對原電池有各種迷思和不理解，需通過自己動手設計原電池并測試原電池來解決各種迷思。

（3）原電池知識在指向核心素養的課標下具體要求是：“認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。了解原電池及常見的化學電源的工作原理。”與這部分知識相關的有兩個必做實驗，其中一個是制作簡單的燃料電池。這部分內容的核心知識是原電池的工作原理，功能價值是轉變迷思概念，幫助學生初步形成分析原電池工作原理的認知角度。

（4）教學設計思想：在生活實際中，學生能接觸到多種化學電源，但與課本中學到的原電池差別很大，學生無法理解原電池真正的工作原理，所以很難學以致用地處理原電池的實際應用。筆者將原電池的工作原理的本質問題轉化成學生感興趣的問題，通過項目學習，幫助學生在做中學，讓學生既能體會到原電池是怎么產生電流的，又能深刻領會現象背后蘊含的化學原理。

3. 項目的驅動問題：

分析“銅-鋅-硫酸原電池”優缺點，選定一項缺點加以改進，制作出改進后的原電池。

4. 項目成果：

成果 個人 團隊

階段性成果 資料、模型圖紙、或海報 實施方案和模型圖紙

最終成果 模型圖紙及研究報告 改進后的原電池

5. 成果公開方式：階段作品在實驗室陳列展出，最終作品在課堂的成果展示環節展出后錄制成視頻在學校公眾號播放，同時在實驗室展出一周。起到推廣作用，促進學生相互學習。

二、項目實施過程

1.項目啟動：

【創設情境】2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的“雙碳”目標下，開發安全可靠綠色環保的化學電池勢在必行。從最原始的原電池到目前應用廣泛的鋰離子電池，是根據現實需求不斷進行探究和創新的結果，新型電池需要體現出精簡、綠色、高效等理念，認識原電池工作原理是設計各種性能電池的基礎，在此背景下啟動該項目學習。

2.確定核心知識與核心概念：

本次項目學習的核心知識是：原電池的工作原理，

核心概念是：閉合回路以及電流產生。

3. 提出任務：

驅動任務：分析“銅-鋅-硫酸原電池”優缺點，選定一項缺點加以改進，制作出改進后的原電池。

4. 項目推進

【任務一】分析“銅-鋅-硫酸原電池”優缺點，選定一項缺點加以改進。

【設計意圖】基于對真實的實驗觀察和證據推理，證實“銅-鋅-硫酸原電池”存在電流不穩定，放電效率差等缺點。培養學生證據推理與模型認知素養。

活動2：通過實驗，確定本組的研究方向，進行小組內任務分解。

【設計意圖】真實體驗化學電池改進的思考過程和前期工作，提高學生解決實際問題的能力。本項目難度既有一定挑戰性又不至于太難，能充分激發學生的研究興趣。

【任務二】依據原電池原理設計方案

活動1：依據原電池工作原理確定本小組要改進什么，分析其可能性。

教師為學生提出的支撐性幫助是引導學生按照“想什么、改什么、做什么”來思考問題。

【設計意圖】原電池原理是一個典型的化學原理模型。思考“改什么”可以幫助學生系統化、條理化地認識原電池的構成條件。

活動2：設計圖紙，準備材料。

【設計意圖】培養學生將理論知識轉化為解決實際問題的能力，熟練實驗基本技能，提升科學探究和創新意識的核心素養。

【階段性成果】實驗方案和裝置圖紙。

任務二集中體現STEM對于解決實際問題的指導意義，在原電池的模型認知下，通過已有的知識，運用合理的技術手段解決實際技術問題。

【任務三】實驗探究和作品測試

活動1：組裝改進的裝置

【設計意圖】使學生體會到研究和創作的獲得感和成就感。通過對電極、電解質、化學物質的改進，培養學生的創新意識。幫助學生建構證據推理和模型認知思想。

活動2：對裝置進行測試和改進。

【設計意圖】從理論到實踐，幫助學生體會根據現實的需要不斷改進和創新的科研過程。在解決實際問題的同時，讓學生既能真正體會到原電池是怎么產生電流的，又能深刻領會現象背后蘊含的工作原理。實現化學核心素養的落地。

【任務四】成果匯報展示總結反思

【設計意圖】通過對作品的交流展示，培養學生嚴謹求實的科學態度和清晰流暢的表達能力。引導學生學習、借鑒和評價身邊同學解決問題的思考方式和設計能力。讓核心素養中的知識、能力培養與科學態度、社會責任真正融為一體。

學生自主總結、提煉出原電池的構成條件和工作原理。通過實踐學生明白了改進原電池時可以改電極材料、電解液以及反應物質，但原電池的構成要素和工作原理是不會改變的。學生全方位認識到化學與我們生活的關系，培養了“科學態度與社會責任”的素養。

三、項目反思

學生方面：學生表現出極強的創造力。實施前，筆者預想到學生能夠設計出雙液電池、堿性電池和水果電池，沒想到還能設計出氫氧燃料電池、固體電池以及氮氫電池。比如第4組多次改進后實現了用太陽能電池板電解水，并將產生的氫氣和氧氣組合成氫氧燃料電池。在整個項目化學習的過程中，學生表現積極主動，投入了極大的熱情，主動安排分工，積極解決問題。學生在完成整個項目后各種能力均有提升。

教師方面：老師們驚訝地發現：是許多知識不再依靠老師反復講解，學生就能水到渠成地理解了。今后的教學中尋找與生產、生活緊密聯系的化學問題，筆者會設計更多的項目主題，讓學生更多參與項目實踐，形成積極的內在學習動機，真正落實化學學科核心素養。